靈雀H　商飛新能源的一場“氫”夢

易寒

2019年3月10日，中國商飛新能源驗證機(jī)靈雀H在鄭州上街機(jī)場試飛成功，飛機(jī)飛行平穩(wěn)，全系統(tǒng)狀態(tài)良好，符合仿真預(yù)期，作為動力源的氫燃料電池動力系統(tǒng)，得到充分驗證。至此，從2019年1月以來靈雀H新能源驗證機(jī)，開展了4個構(gòu)型10架次的試飛任務(wù)圓滿完成，標(biāo)志著中國商飛未來民機(jī)在新能源領(lǐng)域的探索取得實質(zhì)進(jìn)展。

靈雀H的神奇之處

作為以氫作為燃料的驗證飛機(jī)，靈雀H究竟有哪些神奇的地方呢？

據(jù)了解，靈雀H驗證機(jī)翼展6米，創(chuàng)新性地采用了氫燃料電混合動力技術(shù)，是為了驗證以氫燃料電池為主、鋰電池為輔的混合動力技術(shù)在飛機(jī)上的使用。

據(jù)中國商飛北研中心預(yù)研總師楊志剛介紹：“氫是非常豐富的化學(xué)元素，氫能源可通過太陽能、風(fēng)能等可持續(xù)能源獲取并存儲。通過使用氫氣作為能量來源，可以在未來構(gòu)建一個低碳可持續(xù)的交通運輸體系。這是世界航空制造業(yè)努力的重要方向之一?！?/p>

靈雀H驗證機(jī)的4個構(gòu)型涵蓋固定式和可收放2種起落架及V尾、T尾、常規(guī)尾3種不同尾翼構(gòu)型，均采用了大展弦比支撐翼氣動布局，有效提升了包括飛機(jī)飛行航時在內(nèi)的飛行性能。經(jīng)過迭代改進(jìn)，靈雀H驗證機(jī)航時超過24小時。

靈雀H驗證機(jī)大量地應(yīng)用了增材制造（3D打?。┘夹g(shù)、復(fù)合材料技術(shù)，實現(xiàn)了飛機(jī)減重，向工程應(yīng)用方向發(fā)展。

對于比較受關(guān)注的氫燃料的安全性問題，靈雀H驗證機(jī)研發(fā)項目組參考了此前美國邁阿密大學(xué)Swain博士曾經(jīng)進(jìn)行過的氫燃料汽車（左）與傳統(tǒng)汽車安全對比試驗。實驗過程中，在空曠場地，由于氫氣快速上升擴(kuò)散，火焰反而距離車體較遠(yuǎn)。因此，在設(shè)計和使用得當(dāng)?shù)那闆r下，氫汽車不比傳統(tǒng)汽車更危險。

既然氫燃料電池汽車已經(jīng)接近普及，那么將這類產(chǎn)品移楦到飛機(jī)上也許是一種創(chuàng)新可能！

一次科技跨界融合的成功案例

據(jù)悉，靈雀H驗證機(jī)由中國商飛夢幻工作室聯(lián)合國家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司（以下簡稱國家電投氫能公司）共同發(fā)起研制，珠海格力精密模具有限公司（以下簡稱格力精密模具）和北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡稱北航航空科學(xué)與工程學(xué)院）參研，充分體現(xiàn)了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與敏捷開發(fā)的特點。

以電動飛機(jī)為代表的新能源飛行器是中國商飛夢幻工作室的探索方向之一。這類飛機(jī)無污染、能耗低、噪音少，符合人類對未來交通工具的期待;但與此同時，國內(nèi)外研究也發(fā)現(xiàn)，人類現(xiàn)有電池能量密度比較低（簡單理解就是電不夠用）。A320那樣大小的客機(jī)如果使用（鋰）電池做能源，載荷可能只有一半，而航程更是將縮短到1/4，不具備實用條件，因此新型電池或許是更好選擇。

國家電投氫能公司所從事的正是氫燃料電池研究。氫燃料電池可以簡單理解成利用氫氣“燃燒”產(chǎn)生電力的設(shè)備，只不過“燃燒”過程沒有明火，安全可控;氫氣“儲能”巨大，常常被用作火箭燃料，如果用來驅(qū)動飛機(jī)，更是不用擔(dān)心“腿短”的問題;另外，氫氣“燃燒”后的產(chǎn)物是水，環(huán)保無污染。

依托戰(zhàn)略合作平臺，格力精密模具則承擔(dān)了靈雀H驗證機(jī)機(jī)頭、發(fā)動機(jī)、短艙等復(fù)雜機(jī)構(gòu)件制造。通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，顯著降低了飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量和部件數(shù)，縮短了加工周期。

靈雀H驗證機(jī)實現(xiàn)了敏捷開發(fā)。通過與北航航空科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)合研發(fā)的模型管理平臺（Vision-center），探索了基于系統(tǒng)工程（MBSE）的集成研制，采用了模塊化的設(shè)計理念，從立項到首飛，僅用了5個月時間。

節(jié)能減排倒逼航空新能源科技發(fā)展

數(shù)據(jù)顯示，未來幾十年間，石油將仍是第一能源，而交通運輸業(yè)是其最主要消耗方。航空業(yè)作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，無疑更加稱得上是“吃油老虎”。

另一方面，近年來，航空業(yè)的發(fā)展始終受制于燃料因素，原油價格的大幅波動、供需矛盾的激化甚至地區(qū)局勢的緊張都會最終影響整個行業(yè)的穩(wěn)定，風(fēng)險隱伏。

除此以外，從環(huán)境保護(hù)而言，未來數(shù)以萬計的通用飛機(jī)翱翔藍(lán)天不僅會產(chǎn)生巨大的燃油消耗代價，其排放除了二氧化碳更對大氣環(huán)境構(gòu)成巨大威脅。

這些挑戰(zhàn)使得尋求可再生清潔能源已經(jīng)迫在眉睫。而當(dāng)節(jié)能減排成為全球共識，當(dāng)尋求綠色能源的科技浪潮日益高漲，新能源飛機(jī)何時起飛？

對此，復(fù)旦大學(xué)新能源研究院院長趙東元院士坦言，找到可承擔(dān)飛機(jī)動力重任的新能源，從技術(shù)上說不難，關(guān)鍵點在經(jīng)濟(jì)性。

在航空領(lǐng)域，不像其他工業(yè)部門一樣擁有現(xiàn)成的可替代能源使用。比如發(fā)電行業(yè)可以利用風(fēng)能、水利、核燃料，陸上交通工具也能夠靈活使用更節(jié)能高效的氫動力、電力等。

航空業(yè)本身軟硬件的“大塊頭”，令能源升級換代的成本更為高昂：新型燃料的技術(shù)成本、設(shè)備改造的硬件成本，甚至大規(guī)模替代必然引發(fā)的管理優(yōu)化成本、人群習(xí)慣帶來的隱性成本，這些都對新能源的探索和推廣提出了難以回避的要求?？梢哉f，若沒有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，任何一種液體燃料想要最大可能地替代石油，都是極其困難的，發(fā)達(dá)國家如此，發(fā)展中國家更是如此。

據(jù)了解，下一步，中國商飛夢幻工作室、國家電投氫能公司、格力精密模具、北航航空科學(xué)與工程學(xué)院將以新能源飛機(jī)為平臺，繼續(xù)開展靈雀H驗證機(jī)其他新構(gòu)型及新技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索。